technologie des reseaux

TECHNOLOGIE DES
RESEAUX
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• ISU.cours.CSIA.TechnoReseaux.
ChIII.Interconnexion.2003.V1.1.doc
CH-III Interconnexion
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Vincent JOLY
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Sciences U / CRESPA
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Vincent JOLY
Directeur Adjoint de la filière Informatique
Tél : O4 72 34 39 06 – Fax : O4 72 34 39 06
E-Mail : [email protected]
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04/11/2003
1.1
1.2
1.3
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Liste de di ffusion ....................................................................................... 2
1. Inter con ne xion-Tech nol ogie él é mentaire............................................. 5
1.1. Raccordeme nt ..........................................................................................................5
1.1.1. 10Base5 ................................................................................................................. 6
1.1.2.
10Base2 ................................................................................................................. 6
1.1.3. 10BaseT................................................................................................................. 7
1.1.4. Fibre optique .......................................................................................................... 8
1.1.5. Conclusion ............................................................................................................. 8
1.2. Répéteur ................................................................................................................. 11
1.3. Concentrate ur ........................................................................................................ 13
1.4. P onts ....................................................................................................................... 13
1.5. Commuta teurs ....................................................................................................... 15
1.6. P asserelles -- Ro uteurs ....................................................................................... 16
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1.
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IN T ERC ON NEXION -T EC HN OLOG IE EL EM EN TA IR E
figure I.05
L'interconnexion ne se limite pas au niveau Ethernet.
Quelques notions de technologie de base et donc très succinctes sont nécessaires pour
bien comprendre la suite de ce cours.
1.1. RACC OR DEMENT
Une machine est raccordée à un réseau en général par l'intermédiaire de deux
constituants :
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figure I.06
Dans cette technologie de raccordement le support est un gros câble jaune, dit encore
``Thick Ethernet'' ou Ethernet standard, ou encore 10Base5 (10 comme 10Mbits/s, Base
comme ``Baseband'', 5 comme 500 mètres).
1.1. 1. 10B ase 5
Quelques particularités du 10Base5 :
•
•
•
•
•
Longueur maxi est 500 mètres, pour un maximum de 100 stations.
C'est une ``vieille'' technique très bien normalisée mais dépassée.
Pas de perturbation quand on ajoute une station : la pose d'une nouvelle prise
n'interrompt pas la continuité du réseau.
Coût non négligeable.
Déplacement d'une station non aisé, en plus on perd la prise vampire, elle reste
sur le câble.
Pour les câblages rapides on préfère le 10Base2 ou ``Thin Ethernet'' ou encore Ethernet
fin (2 comme 200 mètres).
1.1. 2. 10B ase 2
Quelques particularités du 10Base2 :
•
•
•
•
•
Longueur maxi de 185 mètres avec un maximum de 30 stations.
La topologie impose de mettre les stations en série avec un minimum de 0.5
mètre entre chaque.
Le raccord se fait avec un ``transceiver'' en T (BNC bien connu des
électroniciens).
Il faut un bouchon de 50 ohms à chaque extrémité du réseau (2).
Technique très bon marché, souple, les cartes intègrent le transducteur.
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Il faut rompre la continuité du réseau pour ajouter une nouvelle station, ce qui
l'empêche de fonctionner durant l'opération. C'est un inconvénient de taille sur un
réseau très utilisé.
Cette technique est en outre assez peu sensible aux perturbations
électromagnétiques.
Les désavantages du 10Base2 imposent généralement l'usage du 10BaseT dans toute
structure dépassant quelques machines (5 à 10). Le 10BaseT règle définitivement le
problème de l'ajout ou du retrait d'une machine sur le LAN (T comme ``Twisted Pair'' ou
paires torsadées).
Cette technique impose l'usage d'une boite noire réseau nommée ``HUB''. Celle -ci
simule la continuité dans le cas du retra it d'une station.
1.1. 3. 10B aseT
Quelques particularités du 10BaseT :
•
•
•
•
•
•
Une double paire torsadée de câble suffit.
La longueur maximale entre le moyeu et la station est de 100 mètres.
Le moyeu impose une architecture en étoile.
Le raccordement au transducteur se fait à l'aide d'une prise du type RJ45, très
fragile (ne pas marcher dessus !:). Le raccordement du HUB au reste du réseau
se fait par 10Base2, en fibre optique, ou tout simplement par chaînage avec un
autre HUB (``Daisy Chain'').
Cette technique est d'une très grande souplesse d'utilisation elle impose
néanmoins l'achat de HUB ou SWITCH..
Cette technique des paires torsadées est très sensible aux perturbations
électromagnétiques.
Aujourd'hui le 100BaseT équipe la majeure partie des équipements professionnels, 100
comme 100 Mbits/s.
Enfin la fibre optique est utilisée de plus en plus souvent pour effectuer les liaisons point
à point.
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1.1. 4. Fibr e optique
Ces fibres optiques représentent une technologie relativement récente puisqu’il a fallu
attendre la fin des années 60 et l’invention du laser pour voir émerger cette technologie.
Cette technique est basée sur la transmission de signaux lumineux (un 1 étant codé par
une impulsion lumineuse et un 0 par une absence).
Cette lumière est transmise avec une onde de 108 Hz.
Figure 1.1.4.1
Un système de transmission optique comporte 3 composants principaux :
- Un émetteur de lumière qui peut être :
* Une diode électroluminescente (LED Light Emitting Diode), Diode qui fonctionne dans
le rouge visible (850nM). C'est ce qui est utilisé pour le standard Ethernet FOIRL ,
* Les diodes à infrarouge qui émettent dans l'invisible à 1300nM ,
* Les lasers, utilisés pour la fibre monomode, dont la longueur d'onde est 1300 ou
1550nM
- un guide cylindrique qui n’est autre qu’une fibre optique de 100 à 300 microns de
diamètre et recouvert d’un isolant,
- un récepteur de lumière qui peut être :
* une photo diode,
* un photo transistor (Phototransistor).
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Conversion de signaux électriques en signaux optiques au moyen d'un transceiver Ethernet
Le transceiver optique a pour fonction de convertir des impulsions électriques en
signaux optiques véhiculés au coeur de la fibre. A l'intérieur des deux transceivers
partenaires, les signaux électriques seront traduits en impulsions optiques par une LED
et lus par un phototransistor ou une photodiode.
On utilise une fibre pour chaque direction de la transmission.
Les trois types de fibre optique
- La fibre à saut d'indice 200/380 constituée d'un coeur et d'une gaine optique en verre
de différents indices de réfraction. Cette fibre provoque de par l'importante section du
coeur, une grande dispersion des signaux la traversant, ce qui génère une déformation
du signal reçu.
- La fibre à gradient d'indice dont le coeur est constitué de couches de verre
successives ayant un indice de réfraction proche. On s'approche ainsi d'une égalisation
des temps de propagation, ce qui veut dire que l'on a réduit la dispersion nodale. Bande
passante typique 200 -1500Mhz par km. C'est ce type de fibre qui est utilisé pour les
backbone locaux.
- La fibre monomode dont le coeur est si fin que le chemin de propagation des différents
mode est pratiquement direct. La dispersion nodale devient quasiment nulle. La bande
passante transmise est presque infinie (> 10Ghz/km). Cette fibre est utilisée
essentiellement pour les sites à distance.
Le petit diamètre du coeur (10um) nécessite une grande puissance d'émission, donc
des diodes au laser qui sont relativement onéreuses.
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Figure 1.1.4.2 : Propagation de la lumière dans les trois types de fibres
Figure 1.1.4.3 :L'atténuation est constante quelle que soit la fréquence
Le dessin ci-dessus indique comment se produit la réflexion des signaux lumineux en
fonction de leur angle d’émission. Ce qui démontre que le chemin parcouru n'a pas la
même longueur pour tous les rayons. C'est ce que l'on appelle la dispersion nodale.
Figure 1.1.4.5
1.1. 5. Con clus ion
L'Ethernet est un jeu de construction très bien maîtrisé, une sorte de mécano car tous
les supports sont mixables.
Sauf besoin ponctuel ne plus installer de 10Base5, utiliser plutôt du 10Base2 pour les
structures expérimentales de quelques machines, avec des utilisateurs responsables.
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Sinon il vaut mieux avoir des commutateurs (Cf V.5) pour relier les diverses machines
du réseau, avec un pré-câblage en 10BaseT. Entre les bâtiments utiliser de la fibre
optique.
Le câblage constitue les fondations d'un réseau, le faire proprement d'emblé évite une
source continuelle d'ennuis pas la suite ! Les besoins en bande passante d'aujourd'hui
ne préfigurent sans doute pas encore les besoins de demain (vidéo haute définition sur
tous les postes...), il faut donc prévoir très large dès la conception initiale.
figure I.07
1.2. RE PE TEUR
À une technologie particulière correspond forcément des limitations dues aux lois de la
physique. Par exemple en technologie Ethernet la longueur maximale d'un brin ne peut
pas excéder 180 mètres. Pour pallier à cette déficience on utilise des répéteurs
(``repeaters'').
Un répéteur :
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figure I.08
•
•
•
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•
Agit uniquement au niveau de la couche 1 ISO, c'est un ``amplificateur de ligne''
avec ses avantages et aussi l'inconvénient de transmettre le bruit sans
discernement : il n'y a aucun filtrage sur le contenu.
Relie deux brins d'une même technologie en un seul LAN car les trames sont
reproduites à l'identique.
En 10Base5, l'usage d'un répéteur fait passer la limite des 500 mètres à 1000
mètres...
Il n'y a aucune administration particulière, sinon de brancher la boite à un
emplacement pertinent.
C'est un élément ``bon marché''.
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1.3. CONC EN TRAT EU R
Un concentrateur (ou ``HUB'', moyeu) :
cm figure I.09
•
•
Est aussi nommé étoile ou multirépéteur.
Les HUB n'ont pas d'adresse Ethernet, sauf certains modèles évolués, gérables à
distance (TELNET,SNMP,...). On parle alors de ``hubs intelligents'' parce qu'ils
permettent d'associer d es ports entre eux.
Un hub répète simplement les informations d'un port ou du backbone vers tous les
autres ports raccordables (le nombre de ports est une caractéristique du hub). En cela il
ne limite pas les collisions et n'améliore pas l'usage de la bande passante. Son seul
intérêt est de permettre le branchement ou le débranchement des stations sans
perturber le fonctionnement global du réseau. En corollaire une station raccordée via un
hub est vue sur le réseau comme si elle était raccordée comme par exemple en
10Base2.
Les hubs peuvent être chaînés entre eux ; souvent ils sont reliés au backbone local par
une autre technologie que la paire torsadée (fibre optique, 10Base2,...).
Dans le cas de ``hubs intelligents'' les ports sont associés les uns aux autres par
groupes de fonctionnement
1.4. PONTS
La technologie CSMA/CD atteint vite ses limites quand le réseau est encombré. Une
amélioration possible quand on ne peut pas changer de technologie (augmentation du
débit) est d'utiliser un ou plusieurs ponts (``bridges'') pour regrouper des machines qui
ont entre -elles un dialogue privilégié.
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De nos jours le pont en tant que tel est de moins en moins utilisé par contre le principe
de son fonctionnement se retrouve, entres autres, dans les commutateurs (paragraphe
suivant) et dans les points d'accès sans fil (``wireless'').
Dialogue entre deux stations, sans pont :
figure I.10
Dialogue entre deux stations, avec pont :
figure I.11
Un pont :
•
•
•
Agit au niveau de la couche 2, donc au niveau de la trame physique. Son action
est plus que physique elle est aussi logique puisqu'il y a lecture et interprétation
des octets véhiculés. Le résultat de ce travail logique (apprentissage) consiste à
isoler le trafic sur certains tronçons d'un LAN. A cause de ce travail on parle
généralement de ``ponts intelligents'' ou de ``ponts transparents'' car la phase
d'apprentissage est automatique !
Réduit le taux de collisions en réduisant le trafic inutile, donc améliore l'usage de
la bande passante. Sur la figure I.11 les machines A et B peuvent dialoguer sans
perturber le dialogue entre les machines D et E. Par contre dans le cas d'un
dialogue entre A et E le pont ne sert à rien.
Moins cher qu'un routeur et plus rapide (services rendus moins complets).
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Relie deux segments (ou plus) en un seul LAN, les trames transmises sont
reproduites à l'identique.
Un pont contient un CPU, il est en général administrable à distance car on peut
agir sur la table de filtrages (ajout, contraintes de filtrages, etc...). Dans ce cas un
pont a une adresse Ethernet.
Les ponts interdisent que les réseaux aient des boucles, un protocole nommé
STP (``Spanning Tree Protocol'') désactive automatiquement le ou les ponts qui
occasionne (nt) un bouclage des trames.
Il existe des ponts entre Ethernet et Token-ring, on parle alors de ``ponts à
translations''.
Attention, un pont ne filtre pas ``broadcast'' et ``multicast''.
1.5. COMMUT ATEURS
Aligner des stations sur un même réseau local constitue une première étape simple et
de faible coût pour un réseau local d'entreprise. Le revers d'une telle architecture est
que le nombre de collisions croît très vite avec le trafic, d'où une baisse très sensible de
la rapidité des échanges due à ce gaspillage de la bande passante.
L'usage de ponts peut constituer une première solution mais elle n'est pas totalement
satisfaisante dans tous les cas de figure, comme nous avons pu le remarquer au
paragraphe précédent.
Depuis quelques années est apparue une nouvelle technologie nommée ``Intelligent
Switching Hub'' (ISH) - commutateur intelligent - qui utilise le concept de commutation
parallèle.
D'aspect extérieur ces équipements se présentent comme un hub mais ont en interne
un CPU suffisamment puissant pour mettre en oeuvre une logique de commutation
raffinée.
Lorsqu'une trame se présente sur l'un des ports du commutateur elle est (ou n'est pas)
re-routée vers un autre port en fonction de l'adresse physique du destinataire. Il existe
plusieurs différences entre un pont et un commutateur :
•
Un commutateur peut mettre simultanément plusieurs ports en relation, sans que
le débit de chacun en souffre. Par exemple un commutateur de 4 ports en
10BaseT peut supporter deux connexions port source/port destination
simultanées à 10 Mbit/s chacune, ce qui donne un débit global de 20 Mbit/s.
D'un point de vue plus théorique, un commutateur à N ports à 10 Mbit/s chacun a
un débit maximum de N x 10/2 = 20 Mbit/s.
•
Si une trame est à destination d'un port déjà occupé, le commutateur la
mémorise pour la délivrer sitôt le port disponible.
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Un commutateur fonctionne comme un pont pour établir sa carte des adresses
mais il peut aussi travailler à partir d'une table préconfigurée.
Un commutateur peut fonctionner par port (une seule station Ethernet par port)
ou par segment (plusieurs stations Ethernet par port).
Avec un commutateur, il est aisé d'organiser un réseau en fonction de la portée des
serveurs des postes clients associés. La figure I.12 illustre ce principe :
figure I.12
Le trafic réseau entre le ``client 1'' et le serveur ``S2'' ne perturbe pas le trafic entre le
``client 2'' et le serveur ``S1''. De même le trafic entre le ``client 1'' et le ``serveur local''
n'est pas vu du ``client 2''.
Les commutateurs étiquettent les trames avec un identificateur du VLAN auquel elles
appartiennent. Cette étiquette se résume par deux octets ajoutés dans la trame, selon
les recommandations du comité 802 (norme 802.1Q).
1.6. PASSE RELLE S -- ROUTE UR S
Pour raccorder deux LANs non forcément contigus il faut faire appel à ce que l'on
désigne ``une passere lle'' (``gateway''). Son rôle est de prendre une décision sur la
route à suivre et de convertir le format des données pour être compatible avec le réseau
à atteindre (en fonction de la route).
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Souvent, et c'est le cas avec TCP/IP, la fonction de conversion n'est pas utilisée, la
fonction de routage donne alors son nom à l'appareil en question (éponyme), qui devient
un ``routeur'' (``router'').
Le problème du routage entre A et B :
figure I.13
La fonction passerelle consiste aussi en traduction de protocoles :
figure I.14
Un routeur :
•
•
•
•
Agit au niveau de la couche 3. Il prend des décisions de destination.
Possède au moins deux interfaces réseau (pas forcément identiques).
Contient un CPU et un programme très évolué, il est administrable à distance.
Remplit également les fonctions d'un pont (B-routeur) mais les brins ainsi reliés
ne forment en général plus un LAN car les adresses physiques contenues dans
les trames ne servent plus à identifier le destinataire. Il faut une autre adresse qui
dépend de la pile au-dessus (exemple adresse IP). Il existe cependant des
possibilités de simuler un même LAN bien que les trames traversent un routeur.
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